2009年8月18日
在家里清扫平原,干旱的沙漠,深山当时最近移动offshore-growing风机的数量(MW)风力涡轮机生产清洁电力。风力涡轮机大小是利用比例更高的崛起generation-to-cost比率获得。美国风能协会(美国风能协会)将平均大小的发电机安装在2008年1.67兆瓦。同时,额定容量为5 - 6兆瓦的高端,用于海外网站。仍然较大的风力涡轮机是规划。
除了在一些欧洲国家,风力发电在历史上一直是电力生产一个小因素相对于历史悠久的来源。然而,变革之风开始吹。美国带头风力发电装机容量在2008年底为25.2吉瓦(GW),其次是德国(23.9千瓦),西班牙(16.8兆瓦),和中国(12.2千瓦),根据全球风能理事会(GWEC)。预计中国将率先在不久的将来。
这些巨型风力涡轮机房子电动、液压和机械驱动,在发动机舱各种子系统,加上电子控制在一个塔,高达135米(450英尺)。转子(叶片)直径可以测量超过100米。
设备安装必须承受恶劣的环境条件,开/关自行车由于高或低的风,和发动机舱振动没有不必要的维护。
俯仰和偏航控制
可以说,最关键的,昂贵的部件系统的涡轮叶片,必须控制和保护。叶片间距控制调节的功率和扭矩从风能中提取的最优定位叶片的气流,而偏航控制使短舱指向的风或风的需要。“他们通常独立运行,虽然音调控制响应偏航调整,“Henrik Stiesdal初步说,首席技术官的西门子风力发电。”操作的偏航控制影响可用的能量非常边际学位,和音高控制相应的调整,所以在这个意义上两个系统相互影响,但通常不是故意协同的方式。”
丹宝座,博世力士乐公司,销售和营销经理电驱动及控制,指出,“尽管俯仰和偏航控制提供不同的功能,它们共同最大化下涡轮能量输出变化的风速和风向,以及提供启动操作和安全保护的叶片和塔在危险天气条件。“音调控制也减缓了转子超出额定功率点。
需要控制单个叶片最优发电由于风的变化。事实上,不同的风和环境条件之间可以存在甚至转子顶部和底部的扫掠面积。更新、大型风力涡轮机提供音高控制在每个叶根,使用沥青/电机。偏航控制通常包括几个驱动器和电机分配齿轮加载。俯仰和偏航驱动器可以机电或液压。
能量转化
风能,将转子必须转化为有用的电力发电机。变速箱通常但不总是用于提高转子转速适用于发电机输入。然后转换器修改发电机的可变电压/频率输出为恒电压和频率电(60/50 Hz)耦合到grid-see“发电”图。转换器两部分,形成一个风力涡轮机和交流电网之间的接口。然而,单独generator-side和grid-side变频器/逆变器安置在相同的空气或液体冷却的交流传动内阁。
风力涡轮机的设计操作的风速范围。典型特征,一些变化取决于涡轮尺寸,包括:
控制系统
风速计和传感器在发动机舱传输测量风速和其他环境条件的汽轮机控制系统。的小型“气象站”也与叶片间距和偏航控制。滑环的重要功能转子之间的传输功率控制和数据中心和发动机舱。“定制软件和控制系统由涡轮OEM提供的决定开始,运行,或停止转子,”克里夫·d·科尔说,导演,低电压驱动ABB公司的产品。必威官方登陆
发动机舱中的多个冗余控制器监测天气条件,涡轮机操作,俯仰和偏航控制、制动系统、远程状态报告,博世力士乐的宝座解释道。中央涡轮机控制器接口的监控(SCADA系统)负责多个发电机的风电场。后者可以通过无线或网络远程访问交流。
例如,通用电气能源中央涡轮控制,名叫WindControl系统,声称风力发电厂运行的能力”更像传统的发电厂,“通过紧转子扭矩和叶片间距控制变量下的多个turbines-even风和网格的条件。据说公司WindSCADA系统提供了一套广泛的操作工具,从汽轮机监视和控制发电生产报告。
通用电气能源提供风力涡轮机在三个基本尺寸:1.5,2.5,和3.6兆瓦额定功率。1.5和3.6兆瓦双馈异步发电机机器功能,而2.5 MW汽轮机配有永磁发电机和全功率变换器(见下文)。通用宣称所有权最大风力发电机供应商在美国和全球第二大。
发电机,变频器的选择
几个发电机设计、异步(感应)type-especially双馈感应发电机(DFI)变体主导风力涡轮机应用程序。感应发电机的流行源于广泛的可用性和应用经验,类似于感应电动机。基本上,发电机是汽车向后运行。最近,永磁同步发电机(PMS)增加使用量。每个发电机类型都有相对的优点和缺点。
DFI发电机的主要优势是,他们使用一个较小的转换器,大小的30%额定功率,从而提供一个低成本的解决方案,解释Teemu龙凯宁,产品线经理大型惠普系统ac驱动器在ABB。”转换器需要供应magnetising通量只对发电机转子,由于定子直接连接到网格,并且设计。它导致在发电机的额定速度效率高,”他说。发展类金融机构以外的发电机类型需要一个完整的电源转换器。
“感应机器需要很高的操作速度,因此一个变速箱。异步发电机是崎岖的,可靠的,便宜,和战地多年来,成千上万的应用程序,“西门子Stiesdal初步说。
然而,发展类金融机构的一个主要弊端发电机(没有一个完整的电源转换器)是“能力有限满足最新的代码和/或即将到来的电网连接,”州龙凯宁”。同时,DFI发电机效率下降速度低于名义,因为转子有功功率。这限制了有用的速度范围,成为重要的操作与近期利益涡轮机在较低风速。“维护交付使用的滑环magnetising通量DFI发电机的转子是另一个问题,“龙凯宁笔记。
“永磁机可以为高速操作,还需要一个齿轮箱,但与感应发电机也可以用于直接传动,消除需要一个变速箱,“继续Stiesdal初步。“经前综合症发电机往往是效率略高于感应的机器,但是他们也相对更贵。”
Stiesdal初步指出,经前综合症发电机的输出电压不容易调整;他们不如variable-slip感应的机器操作的灵活性。同样,机器间隙、温度和其他参数用永磁材料变得更加重要。“因此,点机器引入一套新的操作要求电源转换系统,”他说。
博世力士乐的宝座同样指出使用异步或同步发电机结合多级变速箱提供合适的输入轴速度。发电机技术”证明,“在点同步用例更指较小的涡轮经验。“在过去的几年中,技术利用发电机下午直接传动或液压驱动(电机和泵)一直在发展,”宝座补充道。
点同步的趋势
而与全功率变换器异步发电机是一种选择,ABB指出永磁同步发电机的趋势。龙凯宁引用了三个设计基于不同的操作速度,ABB提供的所有。下午高速发电机与多级变速箱范围高达1800 rpm额定速度,根据频率和极数。“机械,这DFI发电机是一样的,”他说。中速点发生器与集成的单级传动装置运行在高达150 rpm,而低速版本(相当于17 - 30 rpm,典型),是直接从涡轮机转子无中间传动装置驱动。
全功率变换器(FPC)支持所有三个点同步设计和增加效益和发展类金融机构发电机。FPC也有助于满足日益激烈的网格编码的要求。“这隔离线瞬变的发电机,使快速响应线故障,并更好的度过/网格支持故障期间,“龙凯宁补充道。此外,全功率变换器促进全球设计能够满足不同的风力涡轮机的网格编码。
开关控制&转换器inc .)是另一个公司热衷于PMS发电机。美国风能协会风能2009会议上表示,安德斯Troedson,副总统的开关,称为经前综合症发电机和全功率变换器的“新传动系标准”风力涡轮机。下午Troedson引用年度能源生产的计算表明发电机(低,中,和高速)提供整体系统效率优于DFI发电机。开关使所有三种类型的发电机。
直接驱动吗?
消除了变速箱简化了风力涡轮机设计但需要发电机低速点更大的直径,以适应高磁极数(80或更多)。大直径还提供了所需的圆周速度通量的一代。和低生产成本数量有限的应用大容量直接传动发电机。然而,一个明显的实现者的无齿轮设计接近德国的风力GmbH,最大的风力涡轮机制造商。
在另一个表示在2009年风能,Stiesdal初步评论直接传动(DD)在西门子汽轮机的发展。他解释说,每转矩输出随功率增加,成本损益两平点可能在3.6 mw评级。Stiesdal初步的初步结论,“对于大型海上涡轮机,DD的概念将成为另一个商业;对主流在岸涡轮机判决仍然是开放的。”
风力发电的发展。采取适当的份额的混合能源,风力发电必须解决其他问题,如涡轮选址、环境问题,和更大的公众接受。最终,风力发电也必须同样不依赖补贴竞争。道歉的吟游诗人”,这完善虔诚的希望。”
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